長河壩樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險源發(fā)育特征與治理措施

劉永波，胡金山，曹建平

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072)

長河壩樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險源發(fā)育特征與治理措施

劉永波，胡金山，曹建平

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072)

長河壩水電站樞紐區(qū)谷坡高陡，巖體卸荷強烈，邊坡危險源較多，為確保施工期施工安全及運行安全，需對邊坡危險源發(fā)育特征進行分析總結，根據(jù)發(fā)育特征及工程特點采取針對性治理措施。治理后通過巡視和監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)有失穩(wěn)現(xiàn)象，環(huán)境邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

環(huán)境邊坡 危險源 發(fā)育特征 治理措施 長河壩水電站

1 概述

水電工程環(huán)境邊坡表現(xiàn)為樞紐區(qū)和近壩區(qū)邊坡，主要為高、超高或特高陡巖石邊坡，所處的環(huán)境地質條件復雜或非常復雜，天然狀況下是穩(wěn)定的，受下部人工開挖影響，局部的、個別的、高懸的失穩(wěn)塊體，對坡下水電樞紐區(qū)都是重大的潛在威脅。

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第10級，是以單一發(fā)電為主的大型水庫電站。

長河壩水電站規(guī)模巨大，樞紐區(qū)順河長約2.1km，屬高山曲流峽谷地貌，河谷深切，谷坡陡峻，初始地應力較高，河谷急劇下切導致谷坡向臨空方向產(chǎn)生強烈卸荷，兩岸沖溝發(fā)育，局部邊坡三面臨空，卸荷強烈。經(jīng)長期侵蝕、谷坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但由于巖體中的結構面較發(fā)育，外動力地質作用較強烈，在構造、物理地質作用下，邊坡表淺部存在局部危石、危巖體、卸荷松弛破碎巖體、松動巖帶等危險源；邊坡高陡，且邊坡及大壩基坑施工周期較長，若不及時采取合適的防治措施，將對施工以及運營帶來安全隱患。因此，需對樞紐區(qū)自然邊坡危險源進行地質調查和穩(wěn)定性分析評價，對危險源進行治理。本文通過對長河壩水電站樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險源調查和分析，按照地質屬性找出各類危險源發(fā)育特征，根據(jù)發(fā)育特征及工程特點采取針對性治理措施。

2 基本地質條件

工程區(qū)地處鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶和安寧河～小江斷裂帶所切割的川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，處于川滇菱形塊體東緣外側，區(qū)域地質構造背景復雜。地震基本烈度為Ⅷ度，工程區(qū)區(qū)域構造穩(wěn)定性較差。

長河壩水電站樞紐區(qū)兩岸自然邊坡陡峻，坡高700m左右，右岸在1630m左右和1720m有一較明顯的平臺或緩坡地貌(坡度小于30°)，1630m高程以下，斜坡坡度45°～55°，1630m～1720m高程，斜坡坡度50°～65°；左岸岸坡多呈上緩下陡，以1650m高程為界，其上斜坡坡度一般45°～50°，其下斜坡坡度60°～65°；樞紐區(qū)出露巖體為一套晉寧期—澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖(γ2

(4))、(石英)閃長巖(δ02(3))為主，均為堅硬巖。樞紐區(qū)無區(qū)域性斷裂通過，地質構造以次級小斷層、擠壓破碎帶、裂隙(裂隙密集帶)、巖脈(石英脈、輝綠巖脈)為特征。巖石致密堅硬，抗風化能力強，風化作用主要沿裂隙進行，巖體淺表部為弱風化，缺失強風化巖體。

樞紐區(qū)河谷深切，谷坡陡峻，天然地應力較高，河谷強烈下切導致谷坡向臨空方向產(chǎn)生較強烈卸荷。巖體卸荷受地形、巖體結構、地質構造等控制，同時隨高程增高而有所增強?？碧浇沂?，壩址區(qū)底高程強卸荷水平深度為24m～36m，弱卸荷35m～63m；高高程強卸荷33.5m～64.5m，弱卸荷53m～95m。

壩址區(qū)左岸水平埋深200m～450m山體內，最大主應力σ1方向大致為N60°～80°W，傾角為－20°～－54.98°，σ1量級為16MPa～32MPa，屬中～高地應力區(qū)。壩址區(qū)右岸水平埋深250m～360m山體內，最大主應力σ1方向大致為N40°～60°W，傾角為6°～68°，最大主應力 σ1量級為18MPa～20MPa，屬中等地應力區(qū)。

3 危險源發(fā)育特征

樞紐區(qū)受多次構造活動影響，裂隙發(fā)育程度高(9組)，裂隙組數(shù)多，且延伸長數(shù)十米，局部可達數(shù)百米。受地質構造和地形地貌影響，坡體結構類型主要有陡緩傾角順坡結構面組合形成的塊裂狀結構、中陡傾反向板狀結構、陡傾板狀結構、與河谷斜坡近于垂直裂隙為主的塊裂狀結構等。兩岸陡峻，邊坡較多，邊坡開挖線以外環(huán)境邊坡危險源發(fā)育較多。

3.1 危險源種類

危石集中區(qū)定義，斜坡上被多組不利結構面切割，在重力、地震或其他外力作用下易脫離母體或離開原位，從斜坡以墜落、滑落、彈跳、滾動等方式順坡向下劇烈快速運動的地質體。其體積一般在數(shù)立方米以內，大者可達數(shù)十立方米，為小型危巖體；危巖體集中區(qū)為同類危石，但規(guī)模較大，體積從數(shù)百立方米到數(shù)萬立方米不等；松動巖帶為具明顯側向拉張的松動巖體，多形成空腔；凍融風化塊碎石巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，表部在凍融風化作用下破碎解體。

通過地表調查、近景攝影測量、三維激光掃描等勘察技術，對長河壩環(huán)境邊坡危險源進行調查和分析，按照工程部位，根據(jù)危險源地質屬性進行分類統(tǒng)計，危險源發(fā)育情況見表1所示。

表1 長河壩環(huán)境邊坡危險源發(fā)育情況統(tǒng)計

從表1中可以看出，工程邊坡開挖高度一般100m～200m，最低2＃尾水出口基本無開挖，最大右壩肩開挖高度為320m。開挖線以外環(huán)境邊坡危險源分布較廣，分布高程較高，一般分布高差范圍在200m～300m，最大泄洪放空出口達500m。危險源種類較多，共有54個危石集中區(qū)，21個危巖體集中區(qū)，8個松動巖帶，2個凍融風化堆積區(qū)。危險源發(fā)育部位植被一般不發(fā)育～發(fā)育稀疏。

3.2 危險源發(fā)育特征

根據(jù)危險源所處地形地貌特征、巖體結構特征、成因、分布范圍和破壞形式，對危險源發(fā)育特征按照種類統(tǒng)計，其中如表2所示。各類危險源所占百分比如圖1所示。

圖1 危險源百分比統(tǒng)計

表2 危險源發(fā)育特征

從表2和圖1中可以看出，危險源發(fā)育特征:

(1)危石集中區(qū)在環(huán)境邊坡范圍內均有發(fā)育，占危險源分區(qū)中64%，多產(chǎn)生滑移、局部墜落式破壞；

(2)危巖體區(qū)主要發(fā)育在基巖溝壁段，巖體多呈中陡傾板狀結構、局部塊裂結構，危險源分區(qū)百分比為25%，多產(chǎn)生滑塌、墜落和傾倒破壞；

(3)松動巖帶主要發(fā)育在凸起的山脊部位，上下游均有沖溝切割，巖體卸荷強烈，松弛、局部松動，分布高程相對較高，多產(chǎn)生崩塌式破壞，占危險源分區(qū)百分比為9%；

(4)凍融風化堆積區(qū)主要分布在高程較高的凸起岸坡，地形坡度一般30°～40°，在凍融、冰劈作用下，沿裂隙面崩解呈碎裂狀，多產(chǎn)生牽引式崩塌破壞。

4 治理措施

長河壩環(huán)境邊坡治理主要是根據(jù)危險源發(fā)育特征并結合下部工程施工期安全和運行安全進行，遵循“少擾動，多防護，多措施”治理原則，對于危險源主要采取“清坡、錨固、防護網(wǎng)、支撐、擋石墻”等治理措施。

4.1 危石集中區(qū)治理措施

危石集中區(qū)分布范圍廣，數(shù)量大，治理難度大。首先根據(jù)地形地貌特征，在環(huán)境邊坡上部布置一道或者多道被動防護網(wǎng)，攔截環(huán)境邊坡以上滾石，降低下部施工安全風險；其次清除坡面結構面組合完備的確定性危石、浮土和松動塊石；清坡后對受結構面組合完備但裂隙未完全貫通的半確定性危石，采取主動防護網(wǎng)或者錨固措施。對于單個穩(wěn)定性極差但又無法清除的危石，可根據(jù)情況采取錨固或者澆筑混凝土支撐下部。

4.2 危巖體治理措施

危巖體分布范圍廣，且多分布在基巖溝壁段，體積較大。治理危巖體前，首先清除坡面危石、浮土和松動塊石，清除后對淺層危巖體采取“錨桿、錨桿束、噴混凝土”等錨固措施；對較大的深層危巖體采取“錨索、框格梁、噴混凝土”等深層錨固措施；對于倒懸的危巖體，采取“澆筑混凝土、錨桿或錨索”等支撐加錨固措施。

4.3 松動巖帶治理措施

松動巖帶多發(fā)育在凸起的山脊部位，巖體卸荷強烈，松弛、局部松動，分布高程相對較高，邊坡陡峻。對松動巖體治理，一般根據(jù)所處地形坡度以及下部建筑的重要等級采取針對性治理措施。地形坡度在55°～65°時，采取清除表部松動塊石，清除后采取主動防護網(wǎng)措施；地形坡度大于65°時，首先清除表部松動塊石，后采取系統(tǒng)框格梁＋錨索支護措施。

4.4 凍融風化堆積體治理措施

凍融風化堆積體分布高程高，所處地形坡度為30°～40°，天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理采取主動防護網(wǎng)措施。

5 治理效果

長河壩環(huán)境邊坡危險源種類多，分布高程高，范圍大，處理難度大，對環(huán)境邊坡危險源治理后應定期進行巡視，并在危巖體發(fā)育坡段布設監(jiān)測儀器。泄洪洞進口環(huán)境邊坡多點位移計累計位移量為0.52mm～3.05mm，尾水環(huán)境邊坡多點位移計各測點實測累計位移量在－2.41mm～5.31mm之間，總體上變形量較小，處于收斂狀態(tài)，環(huán)境邊坡危巖體趨于穩(wěn)定。尾水洞出口環(huán)境邊坡多點位移計，變形時間過程線如圖2所示，通過治理后，施工期未發(fā)現(xiàn)有危險源失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖2 尾水環(huán)境邊坡測點變形時間過程線

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2095－1809(2016)05－0042－04

劉永波(1981－)，男，河南許昌人，高級工程師，從事水電工程勘察技術工作。